详细说一说Java自动装箱与拆箱是什么

目录

• 一、核心概念：什么是装箱与拆箱？
• 1. 手动装箱
• 2. 手动拆箱
• 二、什么是自动装箱与拆箱？
• 1. 自动装箱
• 2. 自动拆箱
• 三、实际应用场景举例
• 四、注意事项与陷阱（非常重要！）
• 1. 空指针异常
• 2. 性能消耗
• 3. 相等比较的陷阱
• 4. 三目运算符的陷阱
• 总结

一、核心概念：什么是装箱与拆箱？

要理解“自动”，首先要理解手动的“装箱”和“拆箱”。

Java 是一个面向对象的语言，但为了效率，它同时包含了两种不同的类型系统：

1. 基本数据类型：byte, short, int, long, float, double, char, boolean。它们直接存储“值”，存在于栈内存中，效率高。

2. 引用类型：所有 Object 的子类。它们存储的是对象的“引用”（地址），实际对象存在于堆内存中。

在某些场景下（例如使用集合类 ArrayList, HashMap），我们必须使用引用类型，因为集合只能存储对象。这就产生了在基本类型和其对应的包装类对象之间转换的需求。

包装类：Java 为每一个基本类型都提供了一个对应的“包装类”，将这些基本类型“包装”成对象。

1. 手动装箱

将一个基本数据类型的值，包装成对应的包装类对象。

// 手动装箱
int i = 10;
Integer integerObj = Integer.valueOf(i); // 方式一：推荐，使用了缓存（后面会讲）
// 或者
Integer integerObj2 = new Integer(i);    // 方式二：已过时 (Deprecated)，不推荐

2. 手动拆箱

从一个包装类对象中，提取出它所包裹的基本数据类型的值。

// 手动拆箱
Integer intpythonegerObj = new Integer(10);
int j = integerObj.intValue(); // 从 Integer 对象中取出 int 值

二、什么是自动装箱与拆箱？

从 Java 5 开始，为了简化开发，编译器提供了自动装箱和自动拆箱的功能。它本质上是一种“语法糖”，编译器在背后自动帮我们插入了转换代码，让我们可以用更简洁的方式编写。

1. 自动装箱

编译器自动将基本数据类型转换为对应的包装类对象。

// 自动装箱
int i = 10;
Integer integerObj = i; // 编译器背后实际执行的是：Integer integerObj = Integer.valueOf(i);

在这行代码中，一个 int 类型的变量 i 被直接赋给了一个 Integer 类型的引用。编译器在编译时，会悄悄地调用 Integer.valueOf(i) 来完成转换。

2. 自动拆箱

编译器自动将包装类对象转换为对应的基本数据类型。

// 自动拆箱
Integer integerObj = new Integer(10);
int j = integerObj; // 编译器背后实际执行的是：int j = integerObj.intValue();

在这里，一个 Integer 对象被直接赋给了一个 int 类型的变量。编译器在编译时，会悄悄地调用 integerObj.intValue() 来完成转换。

三、实际应用场景举例

自动装箱和拆箱让我们的代码变得非常简洁，尤其是在使用集合类时。

// 在 Javhttp://www.devze.coma 5 之前，使用 ArrayList 非常麻烦
ArrayList list = new ArrayList();
list.add(Integer.valueOf(1)); // 手动装箱
int value = (Integer) list.get(0)).intValue(); // 取出来是 Object，要强转，再手动拆箱

// 在 Java 5 之后，有了泛型和自动装箱/拆箱
ArrayList<Integer> list = new ArrayList<>();
list.add(1); // 自动装箱：int -> Integer
int value = list.get(0); // 自动拆箱：Integer -> int。代码清晰多了！

其他常见场景：

// 1. 方法调用时传递参数
public void processInteger(Integer i) { ... }
processInteger(5); // 自动装箱，将 int 5 转为 Integer

// 2. 运算符运算时
Integer a = 10;
Integer b = 20;
int c = a + b; // a 和 b 先自动拆箱为 int，相加后结果再自动装箱赋给 Integer（如果接收类型是Integer）
// 等价于：int c = a.intValue() + b.intValue();

// 3. 三目运算符中
boolean flag = true;
Integer i = flag ? 100 : 200; // 100和200都会被自动装箱为Integer

四、注意事项与陷阱（非常重要！）

自动装箱虽然方便，但也引入了一些容易忽略的陷阱。

1. 空指针异常

因为自动拆箱实际上是调用了 xxxValue() 方法，如果包装类对象是 null，调用方法就会抛出 NullPointerException。

Integer nullInteger = null;
int i = nullInteger; // 运行时抛出 NullPointerException！
// 背后是：int i = nullInteger.intValue();

2. 性能消耗

虽然单次的装箱/拆箱开销很小，但在循环次数极多（例如上亿次）的场景下，频繁的创建和销毁对象会带来不必要的性能开销。

long start = System.currentTimeMillis();
Long sum = 0L; // 这里用的是包装类 Long，会触发自动装箱
for (long i = 0; i < Integer.MAX_VALUE; i++) {
    sum += i; // 每次循环：i自动装箱为Long，然后sum拆箱为long，相加后再装箱为Long
}
long end =编程客栈 System.currentTimeMillis();
System.out.println("耗时：" + (end - start));
// 将 Long sum = 0L 改为 long sum = 0L，性能会有巨大提升。

3. 相等比较的陷阱

第一题：以下的代码会输出什么？

public class Main{
    public static void main(Sring[] args){
        
            Integer i1 = 100;
            Integer i2 = 100;
            Integer i3 = 200;
            Integer i4 = 200;
            
            System.out.println(i1 == i2);
            System.out.println(i3 == i4);
    }
}

运行结果：

true

false

为什么会出现这样的结果？输出结果表明 i1 和 i2 指向的是同一个对象，而 i3 和 i4 指向的是不同的对象。此时只需一看源码便知究竟，下面这段代码是 In编程teger 的 valueOf 方法的具体实现：

public static Integer valueOf(int i) {
        if(i >= -128 && i <= IntegerCache.high)
            return IntegerCache.cache[i + 128];
        else
      mrqOYKmqMp      return new Integer(i);
    }

其中 IntegerCache 类的实现为：

private static class IntegerCache {
        static final int high;
        static final Integer cache[];
 
        static {
            final int low = -128;
 
            // high value may be configured by property
            int h = 127;
            if (integerCacheHighPropValue != null) {
                // Use Long.decode here to avoid invoking methods that
                // require Integer's autoboxing cache to be initialized
                int i = Long.decode(integerCacheHighPropValue).intValue();
                i = Math.max(i, 127);
                // Maximum array size is Integer.MAX_VALUE
                h = Math.min(i, Integer.MAX_VALUE - -low);
            }
            high = h;
 
            cache = new Integer[(high - low) + 1];
            int j = low;
            for(int k = 0; k < cache.length; k++)
                cache[k] = new Integer(j++);
        }
 
        private IntegerCache() {}
    } 

在通过 valueOf 方法创建 Integer 对象的时候，如果数值在 [-128,127] 之间，便返回指向 IntegerCache.cache 中已经存在的对象的引用；否则创建一个新的 Integer 对象。

上面的代码中 i1 和 i2 的数值为100，因此会直接从 cache 中取已经存在的对象，所以 i1 和 i2 指向的是同一个对象，而 i3 和 i4 则是分别指向不同的对象。

第二题：以下的代码会输出什么？

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
         
        Double i1 = 100.0;
        Double i2 = 100.0;
        Double i3 = 200.0;
        Double i4 = 200.0;
         
        System.out.println(i1==i2);
        System.out.println(i3==i4);
    }
 }

运行结果：

false

false

原因： 在某个范围内的整型数值的个数是有限的，而浮点数却不是。

4. 三目运算符的陷阱

这是一个非常隐蔽的陷阱。

boolean flag = true;
Integer i = flag ? 100 : Integer.valueOf(200);
// 这没问题，因为 100 和 Integer.valueOf(200) 类型“一致”（都是Integer对象）

Integer i = flag ? 100 : null;
// 当 flag 为 false 时，会发生什么？
// 编译器认为 100 是 int，null 是 Integer。为了类型一致，它会将 100 自动装箱为 Integer，将 null 作为 Integer。
// 所以这里不会报错，i 会被赋值为 null。

int j = flag ? 100 : Integer.valueOf(200);
// 这也没问题，因为 Integer.valueOf(200) 会被自动拆箱为 int。

int k = flag ? 100 : null;
// 当 flag 为 false 时，会发生 NullPointerException！
// 因为编译器需要得到一个 int 类型的结果，所以它会尝试对 `null` 进行自动拆箱，调用 null.intValue()。

总结

• 自动装箱：基本类型 -> 包装类，编译器调用 valueOf()。

• 自动拆箱：包装类 -> 基本类型，编译器调用 xxxValue()。

• 优点：简化代码，使基本类型和包装类之间的转换无缝进行。

• 陷阱：

  1. 空指针：包装类为 null 时拆箱会抛 NPE。

  2. 性能：在密集循环中可能带来开销。

  3. 比较：== 比较包装类是比较地址，应使用 equals 或先拆箱。

  4. 三目运算符：要注意类型的统一，避免意外的自动拆箱。

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